JP2002008022A - Method and system for compensating injection gradients in a capacitive sensing circuit array - Google Patents
Method and system for compensating injection gradients in a capacitive sensing circuit arrayInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 指紋画像を正確にキャプチャすることが可能
な技術を提供する。
【解決手段】 本指紋センサーは複数個の容量性ピクセ
ルセルからなるアレイを有している。容量性ピクセルセ
ルの各々は一対の金属プレートとリセットトランジスタ
とを有している。リセットトランジスタはゲートと、該
金属プレートのうちの一方へ接続しているソースと、該
金属プレートのうちの他方へ接続しているドレインとを
有している。リセットバッファがリセット信号を発生す
る。再生器が各容量性ピクセルセルの各リセットトラン
ジスタと関連している。該再生器はアレイにわたっての
注入勾配を除去するためにリセットバッファから受取っ
たリセット信号を再生する。
(57) [Problem] To provide a technique capable of accurately capturing a fingerprint image. The fingerprint sensor has an array of a plurality of capacitive pixel cells. Each of the capacitive pixel cells has a pair of metal plates and a reset transistor. The reset transistor has a gate, a source connected to one of the metal plates, and a drain connected to the other of the metal plates. A reset buffer generates a reset signal. A regenerator is associated with each reset transistor of each capacitive pixel cell. The regenerator regenerates the reset signal received from the reset buffer to remove the injection gradient across the array.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、大略、指紋画像を
キャプチャ即ち捕獲する方法及びシステムに関するもの
であって、更に詳細には、容量性指紋検知回路アレイに
おける注入勾配を補償する方法及びシステムに関するも
のである。The present invention relates generally to a method and system for capturing a fingerprint image, and more particularly to a method and system for compensating for an injection gradient in a capacitive fingerprint sensing circuit array. Things.
【0002】[0002]
【従来の技術】指紋認識は、建物、コンピュータ等への
アクセスを制御する場合等の多くのセキュリティ適用例
において使用することが提案されている。指紋認識シス
テムは、キーパッド又はカード読取器等の装置を設ける
必要性なしに、且つユーザがパスワード、又はその他の
個人ID番号を記憶したり又はカードキーを携帯するこ
との必要性なしに、ユーザが制御されている施設へアク
セスすることを可能とする。2. Description of the Related Art Fingerprint recognition has been proposed for use in many security applications, such as controlling access to buildings, computers, and the like. The fingerprint recognition system can provide the user with no need to provide a device such as a keypad or card reader, and without having to memorize a password or other personal identification number or carry a card key. Can access facilities that are controlled.
【0003】指紋検知システムの1つの重要な要素は検
知装置である。検知装置の一例は、エスティーマイクロ
エレクトロニクス、インコーポレイテッドから入手可能
なタッチチップ(TouchChip、商標)シリコン
指紋センサーである。このタッチチップは容量性フィー
ドバック検知回路に基づいたアクティブ(活性)ピクセ
ルアレイを使用している。該アレイはピクセルを表す3
60個の行と256個の列からなるセルを有している。
各ピクセルセルは超硬質保護コーティングによって皮膚
表面から離隔されている2つの隣接した上部金属プレー
トへ接続している高利得増幅器を包含している。その増
幅器入力は上部金属プレートのうちの一方へ接続してお
り且つインバータ出力は他方の上部金属プレートへ接続
している。該セルは電荷積分器を与えており、そのフィ
ードバック容量は該2つの上部金属プレートの間の実効
容量である。[0003] One important element of a fingerprint detection system is the sensing device. One example of a sensing device is a TouchChip ™ silicon fingerprint sensor available from Estee Microelectronics, Inc. The touch chip uses an active pixel array based on a capacitive feedback sensing circuit. The array represents 3 pixels
It has a cell consisting of 60 rows and 256 columns.
Each pixel cell includes a high gain amplifier connected to two adjacent upper metal plates separated from the skin surface by a super-hard protective coating. The amplifier input is connected to one of the upper metal plates and the inverter output is connected to the other upper metal plate. The cell provides a charge integrator whose feedback capacitance is the effective capacitance between the two upper metal plates.
【0004】該センサーの上に指が置かれると、ピクセ
ルセル上の皮膚表面が空気からなる誘電体層によって該
2つの隣接するプレートから離隔されている第三プレー
トとして作用する。指紋の谷は指紋の山よりもセンサー
表面から更に離れているので、指紋の谷下側のピクセル
セルは、指紋の山下側のピクセルセルよりも、それらの
上部金属プレートと皮膚表面との間においてより大きな
距離を有している。該誘電体層の厚さはピクセルセルの
上部金属プレートの間の容量性結合を変調させ、従って
指紋の谷下側の上部金属プレートは指紋の山下側の上部
金属プレートとは異なる実効容量を提示する。When a finger is placed on the sensor, the skin surface on the pixel cell acts as a third plate separated from the two adjacent plates by a dielectric layer of air. Since the fingerprint valleys are further away from the sensor surface than the fingerprint ridges, the pixel cells below the fingerprint valley are more likely to be located between their upper metal plate and the skin surface than the pixel cells below the fingerprint ridge. Has a greater distance. The thickness of the dielectric layer modulates the capacitive coupling between the top metal plates of the pixel cells, so that the top metal plate below the fingerprint valley presents a different effective capacitance than the top metal plate below the fingerprint ridge. I do.
【0005】ピクセルセルは3つのフェーズで動作す
る。第一フェーズはリセットであり、その場合には、電
荷積分器ピクセルセルの入力及び出力がリセット信号に
よって駆動されるCMOSリセットトランジスタを介し
てリセットされる。第二フェーズはリセットトランジス
タを駆動するリセット信号を接地へアサート即ち活性化
させることによって出力プレート及び入力プレートを切
断させる。リセットトランジスタスイッチを開成させる
ことによって、チャンネル電荷が入力プレート及び出力
プレートの両方へ注入される。第三フェーズ期間中に、
固定電荷が電荷積分器入力へ印加され、そのことは出力
電圧を、上部金属プレート間の実効容量であるフィード
バック容量に逆比例してスイングさせる。皮膚とピクセ
ルセルとの間の距離は電荷積分器の実効フィードバック
容量を変化させるので、指紋の山下側のピクセルセルの
出力は指紋の谷下側のピクセルセルの出力とは異なって
いる。[0005] Pixel cells operate in three phases. The first phase is reset, in which case the inputs and outputs of the charge integrator pixel cells are reset via CMOS reset transistors driven by reset signals. The second phase disconnects the output and input plates by asserting the reset signal driving the reset transistor to ground. By opening the reset transistor switch, channel charge is injected into both the input and output plates. During the third phase,
A fixed charge is applied to the charge integrator input, which causes the output voltage to swing in inverse proportion to the feedback capacitance, which is the effective capacitance between the upper metal plates. Because the distance between the skin and the pixel cell changes the effective feedback capacitance of the charge integrator, the output of the pixel cell below the fingerprint is different from the output of the pixel cell below the fingerprint valley.
【0006】本発明の概念によれば、リセットトランジ
スタがアクティブ即ちオンである場合には、リセットト
ランジスタのソースからドレインへ延在する導通経路チ
ャンネルが存在している。ゲート電圧が減少しリセット
トランジスタをスイッチオフさせると、可動キャリアが
ソース端及びドレイン端の両方を介してチャンネルから
排出される。入力へ注入されるチャンネル電荷の量は電
荷積分器の出力をオフセットし、画像の背景を修正す
る。電荷注入量は幾つかのファクタに依存している。こ
れらのファクタとしては、ゲートへ印加される信号の勾
配、入力/出力容量比、及びリセットトランジスタ自身
の寸法等がある。In accordance with the concept of the present invention, when the reset transistor is active or on, there is a conduction path channel extending from the source to the drain of the reset transistor. As the gate voltage decreases and the reset transistor switches off, mobile carriers are drained from the channel through both the source and drain ends. The amount of channel charge injected into the input offsets the output of the charge integrator and corrects the image background. The amount of charge injection depends on several factors. These factors include the slope of the signal applied to the gate, the input / output capacitance ratio, and the dimensions of the reset transistor itself.
【0007】リセット信号はアレイの上部に位置してい
る共通のバッファによって駆動される。共通のバッファ
と局所的なピクセルセルとの間の距離が増加するに従
い、リセット信号の勾配は該線のRC負荷に起因してよ
り低いものとなる。該線の長さにわたってのリセット信
号の勾配における変化は、バッファの出力からの距離が
増加するに従い異なる電荷注入を発生する。該リセット
バッファの近くで該アレイの上部において、注入された
電荷量が該ピクセルをその最大の飽和したレベルとさ
せ、非常に暗い画像を与える。該アレイ上の底部へ近づ
くと、注入電荷の量が減少し画像をより明るいものとさ
せる。該アレイの底部近くのより明るい画像はある指紋
の特徴を識別することをより困難なものとさせる場合が
あり、その際に指紋認識を不正確なものとさせる場合が
ある。注入勾配問題は、特に、リセットバッファからア
レイの底部への距離が顕著なものである大型のアレイに
おいて厳しいものとなる。The reset signal is driven by a common buffer located at the top of the array. As the distance between the common buffer and the local pixel cell increases, the slope of the reset signal becomes lower due to the RC loading of the line. Changes in the slope of the reset signal over the length of the line will produce different charge injections as the distance from the output of the buffer increases. At the top of the array near the reset buffer, the amount of injected charge causes the pixel to reach its maximum saturated level, giving a very dark image. As one approaches the bottom of the array, the amount of injected charge is reduced, making the image brighter. Brighter images near the bottom of the array may make it more difficult to identify certain fingerprint features, which may lead to inaccurate fingerprint recognition. The injection gradient problem is particularly severe in large arrays where the distance from the reset buffer to the bottom of the array is significant.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠
点を解消し、指紋を正確に認識することが可能な技術を
提供することを目的とする。本発明の別の目的とすると
ころは、容量性指紋検知回路アレイにおける注入勾配を
補償する方法及びシステムを提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and provides a technique capable of solving the above-mentioned disadvantages of the prior art and accurately recognizing a fingerprint. The purpose is to: It is another object of the present invention to provide a method and system for compensating for an injection gradient in a capacitive fingerprint sensing circuit array.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、注入勾配を補
償することの可能な指紋画像をキャプチャする容量性指
紋センサー及び方法を提供している。本発明の指紋セン
サーは、複数個の容量性ピクセルセルからなるアレイを
有している。該容量性ピクセルセルの各々は一対の金属
プレートと、電荷積分器と、リセットトランジスタとを
有している。該リセットトランジスタのソースは該金属
プレートのうちの一方へ接続しており、且つそのドレイ
ンは該金属プレートのうちの他方へ接続している。本発
明の指紋センサーは複数個のリセット信号再発生器を有
しており、各容量性ピクセルセルと関連している少なく
とも1個の再発生器が存在している。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a capacitive fingerprint sensor and method for capturing a fingerprint image capable of compensating for an injection gradient. The fingerprint sensor of the present invention has an array of a plurality of capacitive pixel cells. Each of the capacitive pixel cells has a pair of metal plates, a charge integrator, and a reset transistor. The source of the reset transistor is connected to one of the metal plates, and the drain is connected to the other of the metal plates. The fingerprint sensor of the present invention has a plurality of reset signal regenerators, and there is at least one regenerator associated with each capacitive pixel cell.
【0010】好適実施例においては、該再発生器はイン
バータを有している。各局所的なインバータは共通のバ
ッファによって駆動されるグローバルなリセット線から
入力を受取り且つCMOSスイッチを直接的に制御する
リセット信号の勾配を再生する。本発明の指紋センサー
はリセット信号を発生するための共通のリセットバッフ
ァを有している。該リセットバッファは出力を有してお
り、それは、共通線を介して各ローカル即ち局所的なイ
ンバータの入力へ接続している。リセットバッファがリ
セット信号を発生すると、各インバータは各容量性ピク
セルセルの各リセットトランジスタにおいてリセット信
号勾配を再生し、それにより全てのピクセルセルに対し
てリセット信号勾配、従ってインジェクション即ち注入
を等しいものとさせる。従って、このことは容量性ピク
セルセルからなるアレイの列に沿っての注入勾配を補償
する。[0010] In a preferred embodiment, the regenerator has an inverter. Each local inverter receives input from a global reset line driven by a common buffer and reproduces the slope of the reset signal that directly controls the CMOS switch. The fingerprint sensor of the present invention has a common reset buffer for generating a reset signal. The reset buffer has an output, which connects to the input of each local inverter via a common line. When the reset buffer generates a reset signal, each inverter reproduces the reset signal gradient at each reset transistor of each capacitive pixel cell, thereby making the reset signal gradient, and thus the injection, equal for all pixel cells. Let it. Thus, this compensates for the injection gradient along the columns of the array of capacitive pixel cells.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】図1を参照すると、本発明に基づ
く指紋検知器が大略参照番号11で示されている。指紋
検知器11はセンサーアレイ13と大略15で示した適
宜の出力とを有している。後に詳細に説明するように、
センサーアレイは行及び列の形態に配列されている複数
個の容量性ピクセルセルからなる矩形状のアレイを有し
ている。好適実施例においては、これらの容量性ピクセ
ルセルは約50ミクロンのピッチであり、それは約50
8dpiの解像度に対応している。図1に示したよう
に、センサーアレイはその上に置かれた指17の指紋の
画像をキャプチャ即ち捕獲する寸法とされている。セン
サーアレイ13は、好適には、単一の半導体チップ上に
形成されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Referring to FIG. 1, a fingerprint detector according to the present invention is indicated generally by the reference numeral 11. The fingerprint detector 11 has a sensor array 13 and appropriate outputs indicated generally at 15. As explained in more detail below,
The sensor array has a rectangular array of a plurality of capacitive pixel cells arranged in rows and columns. In a preferred embodiment, these capacitive pixel cells have a pitch of about 50 microns, which is about 50 microns.
It corresponds to a resolution of 8 dpi. As shown in FIG. 1, the sensor array is dimensioned to capture a fingerprint image of a finger 17 placed thereon. The sensor array 13 is preferably formed on a single semiconductor chip.
【0012】図2を参照すると、本発明に基づく容量性
ピクセルセル19の構成及び動作が示されている。本発
明の好適実施例のセルは容量性距離センサー(Capa
citive Distance Sensor)とい
う名称の1997年2月13日付で出願した発明者Ta
rtagniの米国特許出願第08/799,548号
に開示されているタイプのものであって、尚その特許出
願の開示内容を引用によって本明細書に取込む。各セル
19は半導体基板上に支持されている第一導体プレート
21及び第二導体プレート23を有しており、該基板
は、好適には、その上側表面領域を画定する浅いエピタ
キシャル層を具備するシリコン基板である。該基板の上
表面は絶縁層25を有している。絶縁層25は、好適に
は、酸化物層であって、それは熱成長させた二酸化シリ
コン層とすることが可能である。導体プレート21及び
23は硬質物質からなる保護コーティング27によって
被覆されており、それはセル19を湿気、汚染、磨耗、
及び静電放電からセル19を保護する。Referring to FIG. 2, the configuration and operation of a capacitive pixel cell 19 according to the present invention is shown. The cell of the preferred embodiment of the present invention is a capacitive distance sensor (Capa).
Inventor Ta, filed February 13, 1997, entitled "Civive Distance Sensor".
rtagni, US patent application Ser. No. 08 / 799,548, the disclosure of which is incorporated herein by reference. Each cell 19 has a first conductor plate 21 and a second conductor plate 23 supported on a semiconductor substrate, the substrate preferably comprising a shallow epitaxial layer defining its upper surface area. It is a silicon substrate. The upper surface of the substrate has an insulating layer 25. The insulating layer 25 is preferably an oxide layer, which can be a thermally grown silicon dioxide layer. The conductor plates 21 and 23 are covered by a protective coating 27 of a hard material, which protects the cells 19 from moisture, contamination, wear,
And protect the cells 19 from electrostatic discharge.
【0013】各セル19は高利得反転増幅器29を有し
ている。反転増幅器29の入力は入力コンデンサ31を
介して基準電圧源VREFへ接続している。反転増幅器2
9の出力は出力VOUTヘ接続している。導体プレート2
1及び反転増幅器29の出力へ接続している反転増幅器
29の入力は導体プレート23へ接続しており、それに
より電荷積分器を形成しており、そのフィードバック容
量は導体プレート21と23との間の実効容量である。Each cell 19 has a high gain inverting amplifier 29. The input of the inverting amplifier 29 is connected via an input capacitor 31 to a reference voltage source V REF . Inverting amplifier 2
The output of No. 9 is connected to the output V OUT . Conductor plate 2
1 and the input of the inverting amplifier 29, which is connected to the output of the inverting amplifier 29, are connected to a conductor plate 23, thereby forming a charge integrator, whose feedback capacitance is between the conductor plates 21 and 23. Is the effective capacity of
【0014】保護コーティング27の表面上に指33を
配置させると、各セル19上の皮膚表面が保護コーティ
ング27と可変厚さの空気とを包含する誘電体層によっ
て隣接する導体プレート21及び23から離隔されてい
る第三コンデンサプレートとして作用する。指紋の谷3
5は指紋の山37よりも導体プレート21及び23から
より遠くに離れているので、導体プレート21及び23
と皮膚表面との間において、指紋の谷35下側のセル1
9は指紋の山37下側のセル19とは異なった実効容量
を提示する。この誘電体層の厚さは、各セル19のプレ
ート21と23との間の容量結合を変調させる。従っ
て、指紋の谷35の下側のセル19は、指紋の山37下
側のセル19とは異なる実効容量を示す。When a finger 33 is placed on the surface of the protective coating 27, the skin surface on each cell 19 is separated from the adjacent conductor plates 21 and 23 by a dielectric layer containing the protective coating 27 and air of variable thickness. Act as a spaced third capacitor plate. Valley of fingerprints 3
5 is further away from the conductor plates 21 and 23 than the fingerprint peak 37, so that the conductor plates 21 and 23
Cell 1 under fingerprint valley 35 between
9 presents a different effective capacity than the cell 19 below the fingerprint peak 37. The thickness of this dielectric layer modulates the capacitive coupling between plates 21 and 23 of each cell 19. Therefore, the cell 19 below the fingerprint valley 35 exhibits a different effective capacity than the cell 19 below the fingerprint ridge 37.
【0015】セル19は3つのフェーズで動作する。第
一フェーズ期間中に、反転増幅器29の入力と出力とを
短絡させることによって電荷積分器がスイッチ39でリ
セットされる。好適には、スイッチ39は、反転増幅器
29の入力へ接続したソースと出力へ接続したドレイン
とを具備するリセットトランジスタである。その入力及
び出力はリセットトランジスタのゲートへリセット電圧
を印加することによって短絡される。第二フェーズは、
リセットトランジスタのゲートへ接地を印加することに
よってスイッチ39を開成することにより出力と入力と
を切断させる。リセットトランジスタのゲートへ接地を
印加することによって、インジェクション即ち注入と呼
ばれる現象が発生し、その場合に電荷が入力プレート及
び出力プレートの両方に注入される。第三フェーズ期間
中に、固定電荷が電荷積分器入力へ印加され、そのこと
は出力電圧を導体プレート21と23との間の実効容量
であるフィードバック容量と逆比例してスイングさせ
る。固定量の入力電荷に対して、反転増幅器19の出力
は電荷注入及び実効フィードバック容量値に依存して2
つの限界の間の範囲内にある。第一限界は、実効フィー
ドバック容量が非常に小さい場合における飽和電圧レベ
ルである。第二限界は、実効フィードバック容量が大き
い場合の、リセット値より小さな論理スレッシュホール
ドに近い電圧である。Cell 19 operates in three phases. During the first phase, the charge integrator is reset at switch 39 by shorting the input and output of inverting amplifier 29. Preferably, switch 39 is a reset transistor having a source connected to the input of inverting amplifier 29 and a drain connected to the output. Its input and output are shorted by applying a reset voltage to the gate of the reset transistor. The second phase is
Opening the switch 39 by applying ground to the gate of the reset transistor disconnects the output and input. By applying ground to the gate of the reset transistor, a phenomenon called injection occurs, in which charge is injected into both the input and output plates. During the third phase, a fixed charge is applied to the charge integrator input, which causes the output voltage to swing in inverse proportion to the feedback capacitance, which is the effective capacitance between conductor plates 21 and 23. For a fixed amount of input charge, the output of the inverting amplifier 19 is 2 depending on the charge injection and the effective feedback capacitance value.
Between the two limits. The first limit is the saturation voltage level when the effective feedback capacitance is very small. The second limit is the voltage near the logic threshold below the reset value when the effective feedback capacitance is large.
【0016】第一フェーズ期間中に、スイッチ39のリ
セットトランジスタがアクティブ即ちオンであると、リ
セットトランジスタのソースからドレインへ延在する導
通経路チャンネルが存在する。第二フェーズ期間中、リ
セットトランジスタ上のゲート電圧が減少すると、可動
キャリアはソース端部及びドレイン端部の両方を介して
チャンネルから排出される。全チャンネル電荷に関して
入力へ注入されるチャンネル電荷の百分率は幾つかのフ
ァクタに依存する。これらのファクタとしては、ゲート
へ印加される信号のスロープ即ち勾配、入力/出力容量
比、リセットトランジスタ自身の寸法等である。ピクセ
ル電荷積分器の入力に注入されるこの電荷は入力信号に
オーバーラップし且つピクセルセルの出力を修正する。During the first phase, when the reset transistor of switch 39 is active or on, there is a conductive path channel extending from the source to the drain of the reset transistor. During the second phase, as the gate voltage on the reset transistor decreases, mobile carriers are ejected from the channel via both the source and drain ends. The percentage of the channel charge injected into the input relative to the total channel charge depends on several factors. These factors include the slope or slope of the signal applied to the gate, the input / output capacitance ratio, and the dimensions of the reset transistor itself. This charge injected into the input of the pixel charge integrator overlaps the input signal and modifies the output of the pixel cell.
【0017】次に、図3を参照すると、従来技術のセン
サーアレイの1つの列が示されている。リセット信号は
アレイの上部に位置しているリセットバッファ41によ
って駆動される。リセットバッファの出力からリセット
トランジスタ40への距離が増加すると、リセット信号
の勾配はそのラインのRC負荷に起因してより低くな
る。ラインの長さにわたってのリセット信号の勾配にお
ける変化は、バッファの出力からの距離が増加するに従
って電荷注入をより少ないものとさせる。リセットバッ
ファ近くのアレイの上部において、注入された電荷の量
はそのピクセルをその最大の飽和レベルとさせ、非常に
暗い画像を与える。アレイの底部に近づくと、注入され
た電荷の量は減少し、画像をより明るいものとさせる。
アレイの底部近くのより明るい画像はある指紋特徴を識
別することをより容易でないものとさせる場合があり、
それにより不正確な指紋認識となる場合がある。Referring now to FIG. 3, one column of a prior art sensor array is shown. The reset signal is driven by a reset buffer 41 located at the top of the array. As the distance from the output of the reset buffer to the reset transistor 40 increases, the slope of the reset signal becomes lower due to the RC load on that line. Changes in the slope of the reset signal over the length of the line cause less charge injection as the distance from the output of the buffer increases. At the top of the array near the reset buffer, the amount of injected charge causes that pixel to reach its maximum saturation level, giving a very dark image. As it approaches the bottom of the array, the amount of charge injected decreases, making the image lighter.
Brighter images near the bottom of the array may make it more difficult to identify certain fingerprint features,
This may result in incorrect fingerprint recognition.
【0018】次に、図4を参照すると、本発明に基づく
センサーアレイの1つの列が示されている。本発明のこ
の列は、大略図3の列と同様のものであり、従って同様
の要素には同様の参照番号を付してある。然しながら、
本発明のこの列は、各セル19のリセットトランジスタ
40においてリセット信号勾配を再生する手段を有して
いる。本発明の図示した実施例においては、その再生手
段は各リセットトランジスタ40と関連しているインバ
ータ43を有している。リセットバッファ41からのリ
セット信号がインバータ43の入力へ印加されると、反
転されたリセット信号がリセットトランジスタ40のゲ
ートへ印加される。各リセットゲート40へ印加された
反転リセット信号の勾配は、各インバータ43において
受取られるリセット信号の勾配が異なる場合であって
も、同一である。従って、各セル19において注入され
た電荷は同一である。従って、本発明アレイは従来技術
の注入勾配問題をこうむることはない。Referring now to FIG. 4, there is shown one column of a sensor array according to the present invention. This column of the present invention is generally similar to the column of FIG. 3, and therefore like elements have like reference numbers. However,
This column of the invention has means for regenerating the reset signal gradient at the reset transistor 40 of each cell 19. In the illustrated embodiment of the invention, the regeneration means includes an inverter 43 associated with each reset transistor 40. When the reset signal from the reset buffer 41 is applied to the input of the inverter 43, the inverted reset signal is applied to the gate of the reset transistor 40. The gradient of the inverted reset signal applied to each reset gate 40 is the same even if the gradient of the reset signal received by each inverter 43 is different. Therefore, the charge injected in each cell 19 is the same. Thus, the arrays of the present invention do not suffer from the injection gradient problem of the prior art.
【0019】当業者が理解するように、インバータ43
におけるリセット信号の反転を考慮するために適宜の設
計ステップがとられねばならない。リセット信号がアサ
ート即ち活性化されると、それはリセットトランジスタ
40を導通させねばならない。1つの解決方法は、使用
可能なスペースが存在する場合には、各リセットトラン
ジスタ40のゲートへ2つのインバータ43を直列して
接続することである。別の解決方法は、反転したリセッ
ト信号又はPチャンネルリセットトランジスタ40を具
備する単一のインバータ43を使用することである。As will be appreciated by those skilled in the art, inverter 43
Appropriate design steps must be taken to account for the inversion of the reset signal at. When the reset signal is asserted, it must cause the reset transistor 40 to conduct. One solution is to connect two inverters 43 in series to the gate of each reset transistor 40 if space is available. Another solution is to use a single inverter 43 with an inverted reset signal or P-channel reset transistor 40.
【0020】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ制限
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。Although specific embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention should not be limited to these specific examples, but may be variously modified without departing from the technical scope of the present invention. Of course is possible.
【図1】 本発明に基づく指紋検知システムを示した概
略ブロック図。FIG. 1 is a schematic block diagram showing a fingerprint detection system according to the present invention.
【図2】 本発明に基づく個別的な容量ピクセルセルの
物理的構造及び電気的動作を示した概略図。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the physical structure and electrical operation of an individual capacitive pixel cell according to the present invention.
【図3】 従来技術に基づく容量性ピクセルセルからな
るアレイの1つの列を示した概略ブロック図。FIG. 3 is a schematic block diagram showing one column of an array of capacitive pixel cells according to the prior art.
【図4】 本発明に基づく注入勾配補償を有する容量性
ピクセルセルからなるアレイの1つの列を示した概略ブ
ロック図。FIG. 4 is a schematic block diagram illustrating one column of an array of capacitive pixel cells with injection gradient compensation according to the present invention.
11 指紋検知器 13 センサーアレイ 15 出力 19 セル 21,23 導体プレート 25 絶縁層 27 保護コーティング 29 高利得反転増幅器 Reference Signs List 11 fingerprint detector 13 sensor array 15 output 19 cell 21, 23 conductor plate 25 insulating layer 27 protective coating 29 high gain inverting amplifier
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルコ サバティーニ アメリカ合衆国, カリフォルニア 94707, ケンジントン, エッジクロフ ト ウェイ 67 (72)発明者 フレデリック レイナル アメリカ合衆国, カリフォルニア 94707, バークレー, ヨセミテ ロー ド 1826 (72)発明者 ジオバッニ ゴッツィーニ アメリカ合衆国, カリフォルニア 94709, バークレー, マーティン ル ーサー キング ジュニア ウェイ 1508 Fターム(参考) 4C038 FF01 FG00 5B047 AA25 5J050 AA05 AA37 BB23 CC06 CC19 DD08 EE22 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Marco Sabatini United States of America, California 94707, Kensington, Edgecroft Way 67 (72) Inventor Frederick Reynal United States of America, California 94707, Berkeley, Yosemite Road 1826 (72) Inventor Giovanni Gozzini United States, California 94709, Berkeley, Martin Luther King Jr. Way 1508 F-term (reference) 4C038 FF01 FG00 5B047 AA25 5J050 AA05 AA37 BB23 CC06 CC19 DD08 EE22
Claims (12)
セットトランジスタとを具備しており、前記リセットト
ランジスタがゲートと、前記金属プレートのうちの1つ
へ接続しているソースと、前記金属プレートのうちの他
方へ接続しているドレインとを具備している容量性ピク
セルセル、 入力と出力とを具備しているインバータであって、前記
出力が前記リセットトランジスタのゲートへ接続してい
るインバータ、 共通線を介して前記インバータの入力へ接続している出
力を具備しているリセットバッファ、を有していること
を特徴とする指紋センサー。1. A fingerprint sensor, comprising: a capacitive pixel cell comprising a pair of metal plates and a reset transistor, wherein the reset transistor is connected to a gate and one of the metal plates. A capacitive pixel cell having a source connected to the other of the metal plates and a drain connected to the other of the metal plates; and an inverter having an input and an output, wherein the output is the gate of the reset transistor. And a reset buffer having an output connected to an input of the inverter via a common line.
て、前記高利得インバータの入力が前記金属プレートの
うちの一方へ接続しており且つ前記高利得インバータの
出力が前記金属プレートのうちの他方へ接続している高
利得インバータ、 前記高利得インバータの入力へ動作接続している出力を
具備している電荷バッファ、を有していることを特徴と
する指紋センサー。2. The high gain inverter according to claim 1, comprising an input and an output, wherein the input of the high gain inverter is connected to one of the metal plates and the high gain inverter. A high gain inverter connected to the other of said metal plates, and a charge buffer having an output operatively connected to an input of said high gain inverter. Fingerprint sensor.
との間に接続している入力コンデンサ、を有しているこ
とを特徴とする指紋センサー。3. The fingerprint sensor according to claim 2, further comprising an input capacitor connected between an output of the charge buffer and an input of the high gain inverter.
て、 複数個の容量性ピクセルセルを設け、前記容量性ピクセ
ルセルの各々は一対の金属プレートとリセットトランジ
スタとを有しており、前記リセットトランジスタはゲー
トと、前記金属プレートのうちの一方へ接続しているソ
ースと、前記金属プレートのうちの他方へ接続している
ドレインとを具備しており、 前記複数個のピクセルセルへのリセット信号を発生し、 前記ピクセルセルの各々のリセットトランジスタをリセ
ットさせるために前記リセット信号を再発生する、上記
各ステップを有していることを特徴とする方法。4. A method for capturing a fingerprint image, comprising: providing a plurality of capacitive pixel cells, each of said capacitive pixel cells having a pair of metal plates and a reset transistor, wherein said reset transistor has a gate. And a source connected to one of the metal plates, and a drain connected to the other of the metal plates, the reset signal generating a reset signal to the plurality of pixel cells. Regenerating said reset signal to reset a reset transistor of each of said pixel cells.
セルセルの各々が一対の金属プレートとリセットトラン
ジスタとを具備しており、前記リセットトランジスタが
ゲートと、前記金属プレートのうちの一方へ接続してい
るソースと、前記金属プレートのうちの他方へ接続して
いるドレインとを具備している複数個の容量性ピクセル
セル、 各リセットトランジスタのゲートへ接続しているインバ
ータ、 各インバータへ接続している出力を具備しているリセッ
トバッファ、を有していることを特徴とする指紋センサ
ー。5. A fingerprint sensor, comprising: a plurality of capacitive pixel cells, each of said capacitive pixel cells comprising a pair of metal plates and a reset transistor, wherein said reset transistor has a gate and said reset transistor. A plurality of capacitive pixel cells comprising a source connected to one of the metal plates and a drain connected to the other of the metal plates, connected to a gate of each reset transistor; And a reset buffer having an output connected to each inverter.
ルが、 入力と出力とを具備している高利得インバータであっ
て、前記高利得インバータの入力が前記金属プレートの
うちの一方へ接続しており且つ前記高利得インバータの
出力が前記金属プレートのうちの他方へ接続している高
利得インバータ、 前記高利得インバータの入力へ動作接続している出力を
具備している電荷バッファ、を有していることを特徴と
する指紋センサー。6. The high gain inverter of claim 5, wherein each capacitive pixel cell has an input and an output, wherein the input of the high gain inverter connects to one of the metal plates. A high-gain inverter having an output connected to the other of the metal plates and an output operatively connected to an input of the high-gain inverter. A fingerprint sensor characterized in that:
ルが、更に、 前記電荷バッファの出力と前記高利得インバータの入力
との間に接続している入力コンデンサ、を有しているこ
とを特徴とする指紋センサー。7. The method of claim 6, wherein each capacitive pixel cell further comprises an input capacitor connected between an output of the charge buffer and an input of the high gain inverter. And fingerprint sensor.
セルセルの各々が一対の金属プレートとリセットトラン
ジスタとを具備しており、前記リセットトランジスタが
ゲートと、前記金属プレートのうちの一方へ接続してい
るソースと、前記金属プレートのうちの他方へ接続して
いるドレインとを具備している複数個の容量性ピクセル
セル、 リセット信号を発生する手段、 前記容量性ピクセルセルの各々において前記リセット信
号を再発生する手段、を有していることを特徴とする指
紋センサー。8. A fingerprint sensor, comprising: a plurality of capacitive pixel cells, wherein each of the capacitive pixel cells includes a pair of metal plates and a reset transistor, wherein the reset transistor has a gate and the reset transistor. A plurality of capacitive pixel cells comprising a source connected to one of the metal plates and a drain connected to the other of the metal plates; means for generating a reset signal; Means for regenerating said reset signal in each of said pixel cells.
再発生する手段が、複数個のインバータを有しており、
前記インバータの各々が入力と出力とを具備しており、
前記各リセットトランジスタのゲートへ接続している出
力を具備している少なくとも1個のインバータが存在し
ていることを特徴とする指紋センサー。9. The method according to claim 8, wherein the means for regenerating the reset signal includes a plurality of inverters,
Each of the inverters has an input and an output,
A fingerprint sensor, wherein there is at least one inverter having an output connected to the gate of each reset transistor.
を発生する手段が、前記容量性ピクセルセルの各々のイ
ンバータの入力へ接続している出力を具備しているリセ
ットバッファを有していることを特徴とする指紋センサ
ー。10. The apparatus of claim 9, wherein said means for generating a reset signal comprises a reset buffer having an output connected to an input of an inverter of each of said capacitive pixel cells. Features a fingerprint sensor.
セルが、 入力と出力とを具備している高利得インバータであっ
て、前記高利得インバータの入力が前記金属プレートの
うちの一方へ接続しており且つ前記高利得インバータの
出力が前記金属プレートのうちの他方へ接続している高
利得インバータ、 前記高利得インバータの入力へ動作接続している出力を
具備している電荷バッファ、を有していることを特徴と
する指紋センサー。11. The high gain inverter of claim 8, wherein each capacitive pixel cell has an input and an output, wherein an input of the high gain inverter connects to one of the metal plates. A high-gain inverter having an output connected to the other of the metal plates and an output operatively connected to an input of the high-gain inverter. A fingerprint sensor characterized in that:
ルセルが、更に、前記電荷バッファの出力と前記高利得
インバータの入力との間に接続している入力コンデンサ
を有していることを特徴とする指紋センサー。12. The method of claim 11, wherein each capacitive pixel cell further comprises an input capacitor connected between an output of the charge buffer and an input of the high gain inverter. Fingerprint sensor.
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